研究人员开发变形喷嘴可控制3D打印物品中的纤维方向

在3D打印物体中嵌入纤维可用于增加这些物品的导电性或额外强度等特性。现在，工程师们已经开发出一种变形打印喷嘴，以在打印过程中改变这些纤维的方向。通常，碳等功能性材料的短纤维只是简单地混入打印介质中，然后与之一起被挤出。因此，它们通常会以相对于彼此的随机杂乱状态结束。这对某些应用来说是可以的，但对其他应用来说是行不通的。

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马里兰大学的工程师们为了寻求一种能够进行更多控制的替代方案，利用“PolyJet打印”工艺创造了一个原型打印喷嘴，该喷嘴的侧面有可充气的致动器。通过有选择地将空气抽进抽出，喷嘴的形状就会发生变化，改变纤维在其不断挤出的单一打印介质中的方向。

在对该设备的测试中，用含有碳微纤维的水凝胶打印出结构。在某些区域，纤维的相对随机取向导致材料吸水时在所有方向上都同样膨胀。在其他区域，纤维方向比较一致的情况下，导致材料主要向一个方向膨胀。

这项技术可以在被称为“4D打印”的领域中找到用武之地，在该领域中，3D打印的物体会根据外部刺激而改变形态。它还可以用于更传统的3D打印物品，这些物品在不同的区域具有不同的弹性，热，磁性或电气特性。

“通过为研究人员提供一种可访问的方法来3D打印纤维填充复合材料，并按需控制其纤维方向，从而控制其最终性能，这项工作为3D打印的新应用打开了大门，这些应用利用这些独特的材料特性及其实现的独特功能，”参与这项研究的副教授Ryan Sochol说。

由Connor Armstrong领导的有关该研究的论文最近发表在《先进材料技术》杂志上。

相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000829